天上的大風車
南天大風車星系
南天大風車星系M33位於三角座。全天共有88個星座,有48個星座都有相應的神話故事,因為它們都是古希臘人所能看到的比較醒目的星座,這些星座也是我們大家都比較熟悉的星座。剩下的40個星座大多數都位於南天,古希臘人無緣得見,是中世紀航海事業發達之後,人們才逐步補充的南天星座。但是其中也有幾個北天星座是古希臘天文學家為了彌補那48個比較醒目的星座之間的空隙而設立的,它們當中既沒有什麼亮星,暗星排列的形狀也不明顯,因此要想找到它們,確實不太容易。三角座就屬於這一類星座。
南天大風車星系三角座的中心點每年10月23日子夜經過上中天,秋季是觀察三角座的有利時機。那么,怎么才能在繁星密布的秋夜星空中找到三角座呢?在銀河的南邊不遠,有四顆亮星成四邊形排列,這是有名的秋季大四邊形,非常醒目。四邊形的三顆星都屬於飛馬座,分別是飛馬座α、β和γ,東北角的那一顆是仙女座α星。認清楚大四邊形以後,就容易找到三角座了。三角座位於大四邊形中,飛馬座β星和仙女座α星的連線向東延長1.5倍處,三角座內一顆3等星(三角座β)和兩顆4等星(三角座α、三角座γ)構成了一個細長的三角形。
找到了三角座以後,再順著三角座α星往西偏北4度,我們今天的主角M33就在那裡了。M33的目視總星等為5.8等,中心部分的目視星等為6.7等。視力好的人在非常良好的條件下僅憑肉眼勉強能看見它。不過,這是很難的,沒有觀察經驗的人是不太可能看見它的。
M33的觀測和研究
由於M33距離我們比較近,所以它看起來比較大,視大小約55′×40′,比滿月還大很多,但它的周圍比較暗淡,我們使用低倍率的雙筒望遠鏡比較容易看到M33,但不可能看清楚它的內部細節。M33是在1764年8月25日,由法國天文學家梅西葉發現的,並被他編入星表,排在第33位,即M33。1775年8月德國天文學家波德觀測了它,說它是一個暗淡的雲狀斑塊,形狀錯亂無序,沒有規則。後來英國天文學家羅斯伯爵辨認出它呈旋渦狀,是羅斯確認的首批“旋渦星雲”中的一個。
它也是和仙女座大星雲M31一起首次被辨認為河外星系的“旋渦星雲”。銀河系外是否還存在其它恆星系統,這是一個自1755年德國哲學家康德提出“宇宙島”假說以來,一代代天文學家都在努力探索,但一直懸而未決的問題。哈勃認識到只有使用威力足夠強大的儀器,才能最終解決這一問題。他赴威爾遜天文台工作後,該台擁有的當時世界上最大的口徑2.5米反射望遠鏡為他攻克這一難題提供了條件。1924年他用這架大望遠鏡拍攝旋渦星雲時,在仙女座大星雲M31和三角座旋渦星雲M33中發現了一批造父變星。他用造父變星的周光關係作量天尺,測出了它們的距離,證明它們都是遠在銀河系以外的與銀河系類似的恆星系統,即河外星系。河外星系的發現是20世紀天文學最重大的成就之一,它導致了星系天文學的誕生,掀開了人類探索大宇宙的新的一頁。
M33到我們的距離比仙女座大星系M31略遠一些,大部分天文學家得到的數據是230～240萬光年。近年來,根據伊巴谷衛星的觀測結果,對宇宙距離尺度作了重新修正,也影響到M33的距離,目前的觀測值約為300萬光年。M31到M33之間的距離約為75萬光年。利用最新的數據,得到的M33對應的真實尺度約為5萬光年,是銀河系直徑的一半。然而,最暗的外緣似乎延伸得更遠,因此實際的直徑可能是6萬光年以上。M33的質量大約為100～400億太陽質量。
按照星系的哈勃分類方法,三角座大星系M33屬於Sc型星系,甚至是這一類星系中偏“晚”型的,因此也有天文學家將其歸類為Scd。通過大望遠鏡的觀測,發現M33的旋臂中明顯地點綴著偏紅色的電離氫區,還有由年輕恆星組成的偏藍色的雲塊。也發現了M33中的球狀星團。儘管在三角座大星系中還沒有發現超新星,但一些超新星遺蹟已被發現,並且已被射電天文學家高精度定位。在M33中至少發現了112顆變星,包括4顆新星和大約25顆造父變星。還在這個星系中發現了有一個強X射線源。通過中型天文望遠鏡,我們能夠看出M33的旋臂和較明亮的星雲。通過口徑超過40厘米的大型望遠鏡,就可以嘗試尋找M33的球狀星團和其他細節了。有人用50厘米望遠鏡觀測到了M33中的5個球狀星團。
三角座大星系M33是本星系群中一個重要成員。本星系群是以銀河係為中心,半徑約300萬光年空間內的星系之總稱。也有人把本星系群的中心定義為銀河系和仙女星系M31的公共中心。目前已知本星系群的成員星系和可能的成員星系約有30個左右。在本星系群中除了兩個巨型旋渦星系(銀河系和仙女星系)、一個中型旋渦星系(三角座星系)、一個矮型棒旋星系(大麥哲倫雲),可能還包括一個透鏡型巨星系(馬菲1),其餘都是矮橢圓星系和不規則星系。本星系群的小型成員星系之一LGS3,可能是M33的衛星星系。M33本身也可能是仙女座大星系M31遙遠的、但卻有引力聯繫的伴星系。
M33中的巨大星雲NGC604
M33中有一個著名的瀰漫氣體星雲NGC604。1784年英國天文學家威廉·赫歇爾首次發現了這個星雲。它位於M33東北部的一條旋臂上。我們用雙筒望遠鏡很容易看到M33,同時,也能看到這個NGC604,因為這個星雲非常大。我們銀河系中的獵戶座大星雲M42已經很大了,直徑有16光年,而NGC604的直徑接近1500光年,幾乎是獵戶星雲大小的100倍。
NGC604是已知最大的恆星形成區之一,它的譜線與獵戶座大星雲非常相似。天文學家利用哈勃空間望遠鏡拍攝的NGC 604的照片,分辨出那裡至少有200顆近期內形成的藍色高溫大質量恆星,它們極為年輕,年齡大約只有300萬年。它們的質量大都在15～60倍太陽質量。少數質量最大的恆星超過120個太陽質量,其表面溫度達到40000K。這些高溫恆星以強烈的紫外線照射星雲氣體,使其中的原子受激發失去電子,發出特殊的紅色光輝。
與之相比,獵戶星雲中只有4顆藍色的年輕恆星。在本星系群中只有大麥哲倫雲中的蜘蛛星雲的恆星數量超過NGC604中的恆星數量,但是蜘蛛星雲的尺度要略小於NGC604。
與獵戶座大星雲中的4顆年輕恆星都位於星雲中心部分一樣,NGC604中的這些年輕恆星絕大部分也都位於星雲中心附近的一個空腔中,形成一個鬆散的星團。
NGC604是天文學家研究大規模恆星形成區的天然實驗室,為天文學家提供了一個研究恆星誕生的非常好的樣本。這些恆星形成區也是遙遠的星暴星系的微縮版本。星暴星系擁有極其高的恆星形成率,被認為是宇宙早期的普遍現象。天文學家希望能從NGC604這個巨大的星雲裡面找到解開恆星誕生之謎以及它們如何影響星系演化之謎的線索。
